4.Termiczna utylizacja odpadów – bezpieczne dla środowiska i ludzi
Transkrypt
4.Termiczna utylizacja odpadów – bezpieczne dla środowiska i ludzi
„Termiczna utylizacja odpadów - bezpieczne dla środowiska i ludzi źródło energii” Tarnów 12.12.2014 Dr inż. Sławomir Gibała Podstawowe definicje • Spalanie odpadów – to przekształcanie termiczne odpadów. Jest to najskuteczniejsza metoda zmniejszania objętości śmieci poprzez spalanie w odpowiednim piecu w temperaturze 750 – 1000stC. W efekcie zastosowania przekształcania termicznego uzyskuję się istotną redukcję masy i objętości odpadów np. w wyniku spalania objętość odpadów redukuje się do ok. 10% a ich masę do ok. 35% wartości początkowej. Ilość zdeponowanych odpadów na składowiskach w 2008r. to 8,7 mln ton (86,7%) zabranych odpadów komunalnych (10mln ton). • Spalarnia odpadów – to zakład lub jego część przeznaczona do termicznego przekształcania odpadów z odzyskiem lub bez odzysku wytwarzanej energii cieplnej, obejmujące instalacje i urządzenia służące do prowadzenia procesu termicznego przekształcania odpadów wraz z oczyszczaniem gazów odlotowych i wprowadzaniem ich do atmosfery, kontrolą, sterowaniem i monitorowaniem procesów oraz instalacjami związanymi z przyjmowaniem, wstępnym przetwarzaniem i magazynowaniem odpadów dostarczonych do termicznego przekształcania oraz instalacjami związanymi z magazynowaniem i przetwarzaniem substancji otrzymanych w wyniku spalania i oczyszczania gazów odlotowych. Podstawowe zadania spalarni odpadów to: • uczynić odpady resztkowe obojętnymi, przy minimalizacji emisji gazów odlotowych i odcieków, • zniszczyć szkodliwe zanieczyszczenia organiczne lub doprowadzić do zatężenia szkodliwych zanieczyszczeń organicznych, • zmniejszyć ilość odpadów pierwotnych przeznaczonych do składowania, szczególnie ich objętość, • wykorzystać wartości opałowe odpadów resztkowych jako wyraz poszanowania pierwotnych źródeł energii, • przetworzyć pozostałości w użyteczne surowce wtórne dla oszczędności pozostałych surowców materii (obieg materii). Najpopularniejsze metody utylizacji termicznej: • • • • • spalanie w kotłach rusztowych (90% z około 500 spalarni w Europie) spalanie w piecach obrotowych z dopalaniem spalin w termoreaktorze, współspalanie w cementowniach spalanie w piecach fluidalnych piroliza i dopalanie gazów pierolitycznych (odgazowanie w temperaturze 150-900stC bez dostępu tlenu, powietrza, CO2, pary wodnej) • zgazowanie (proces zachodzący powyżej 800stC przy udziale czynnika zgazowującego – tlen, powietrze, para wodne, dwutlenek węgla) i spalanie powstającego gazu niskokalorycznego, • termiczne niszczenie w plaźmie – właściwa dla odpadów toksycznych i niebezpiecznych Planowane spalarnie Lokalizacja Ilość przetwarzanych odpadów Nakład inwestycyjny 2x250 tyś ton/rok 1081 mln zł Kraków 250 tyś ton/rok 703 mln zł Łódź 250 tyś ton/rok 660 mln zł Poznań 200 tyś ton/rok 640 mln zł Gdańsk 250 tyś ton/rok 539 mln zł Warszawa 265 tyś ton/rok 533 mln zł Olsztyn 120 tyś ton/rok, 517 mln zł Białystok 100 tyś ton/rok 413 mln zł Bydgoszcz-Toruń 180 tyś ton/rok 400 mln zł Szczecin 180 tyś ton/rok 300 mln zł Koszalin 120 tyś ton/rok, 280 mln zł Górnośląski Związek Komunalny Lista indykatywna do Programu Operacyjnego Infrastruktura i Środowisko 2007-2013 z 30 lipca 2009r Projekty spalarni w trakcie realizacji Lokalizacja Ilość przetwarzanych Nakład odpadów inwestycyjny (brutto) Wykonawca Kraków 220 tyś ton/rok 797 mln zł Posco Engineering & Construction Poznań 210 tyś ton/rok 725 mln zł Sita Zielona Energia Białystok 120 tyś ton/rok 409 mln zł Konsorcjum Budimeksu, CESPA oraz Keppel Seghers Bydgoszcz 180 tyś ton/rok 491 mln zł Konsorcjum Astaldi oraz Termomeccanica Ecologia Szczecin 150 tyś ton/rok 666 mln zł Mostostal Warszawa Konin 94 tyś ton/rok, 364 mln zł Konsorcjum Integral Engineering und Umwelttechnik, Erbudu oraz Introlu Autotermiczne spalanie - Trójkąt Tannera Dyrektywa 1999/31/EC – przyjęto granicę energetycznej użyteczności odpadów od wartości 6,0GJ/Mg Ciepło spalania odpadów Rodzaj odpadu Tworzywa sztuczne Guma/skóra Drewno Tekstylia Papier/karton Odpady kuchenne Odpady ogrodowe Odpady organiczne Frakcja drobna (poniżej 10mm) Metale Odpady inertne Odpady pozostałe Ciepło spalania [GJ/Mg] 31,5 23,3 16,3 15,9 12,3 10,7 9,5 4,3 5,0 0,0 0,0 7,6 Zawartość wilgoci [%] 9 9 19 22 19 40 50 65 20 5 2 30 Zawartość popiołu [%] 8 20 5 7 12 9 5 11 50 93 98 30 Średni skład odpadów w % udziału masowego, w zależności od stopnia rozwoju gospodarczego Składnik odpadów Kraje uprzemysłowione Kraje o średnim stopniu rozwoju Kraje rozwijające się Papier 38% 22% 2% Szkło, ceramika 7% 6% 3% Metale 8% 3% 3% Tworzywa sztuczne 6% 5% 2% Tekstylia 3% 7% 3% Odpady organiczne 25% 42% 65% Inne 13% 15% 22% Schemat spalarni konwencjonalnej Główne miejsca powstawania odpadów w spalarni: • ruszt – żużel jako niepalne części zawarte w paliwie około 25% masy odpadów (materiał wykorzystywany w budownictwie dróg i składowisk odpadów), • popioły – produkt oczyszczania spalin – 3% masy odpadów (najczęściej składowanie na składowiskach odpadów niebezpiecznych) • spaliny – produkt utleniania części palnych w odpadach – emisja do atmosfery, Związki szkodliwe w spalinach W wyniku spalenia 1 tony odpadów powstaje ok. 4000 do 6000 m3 spalin Związki neutralne CO2, H2O, Związki szkodliwe: • CO, SO2, NOX, • Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, HCl, HF, • Metale ciężkie takie jak rtęć, arsen, selen i częściowo kadm (inne takie jak chrom, kobalt, nikiel, mangan, miedź, tal czy wanad wiązane są głównie w żużlu oraz w pyle) • Dioksyny i furany (PCDD/PCDF) PCDD/PCDF nazwy te określają całą grupę związków obejmujących 75 polichlorowanych dibenzo-p-dioksyn i 135 polichlorowanych dibenzofuranów. Dopuszczalna ilość 17 najbardziej szkodliwych kongenerów w spalinach zostało ustalone we wszystkich krajach UE na poziomie 0,1 ng TEQ/m3 spalin suchych w warunkach odniesienia (temperatura 273K, ciśnienie 1013hPa, stężenie tlenu 11%) Wartości emisji Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 22 kwietnia 2011 r. w sprawie standardów emisyjnych z instalacji (Dz. U. 2011, Nr 95, poz. 558), Metody pierwotne – odpowiedni przebieg procesu technologicznego • podawanie powietrza pierwotnego - odpowiedni strumień, właściwa temperatura oraz aktywny, strefowy sposób rozdziału, stężenie tlenu w spalinach opuszczających strefę spalania i dopalania na poziomie 10-13% (dla węgla 6-8%). • konstrukcja rusztu – zapewnianiająca optymalne przemieszczanie i wymieszanie spalanej nadawy odpadów, co gwarantuje udział niespalonych części w żużlu poniżej 1% masy żużla. • przestrzeń komory paleniskowej – ukształtowanie zapewniające właściwe wymieszanie niedopalonych spalin i powietrza wtórnego z jednoczesnym spełnieniem wymagań określających aby w najniegodniejszych warunkach pracy temperatura spalin wynosiła co najmniej 850stC, a czas przebywania spalin w tej temperaturze powyżej 2s. • automatyczna kontrola i sterowanie procesu spalania – m.in. za pomocą kamery termowizyjnej lub przy wykorzystaniu akustycznych pomiarów pola temperatur w obrębie komory spalania. • ukształtowanie i utrzymanie wymaganego stanu powierzchni wymiany ciepła w kotle, co optymalizuje proces wymiany ciepła i prowadzi do minimalizacji efektu rekombinacji dioksyn. Efekt zastosowania metod pierwotnych w redukcji emisji zanieczyszczeń w spalarni odpadów Jednostka Instalacja bez zastosowania metod pierwotnych Instalacja z zastosowaniem metod pierwotnych Dopuszczalne stężenie wg dyrektywy 2000/76/EC Pył mg/m3 2000-10000 1000-1500 10 Tlenek węgla mg/m3 50-80 10-15 50 Suma związków organicznych mg/m3 10-100 0,5-1,0 10 ng TEQ/m3 5-120 0,6-1,2 0,1 Zanieczyszczenie PCDD/PCDF *Źródło: Buttenberger, Johnke, Pająk. Metody wtórne – wychwycenie związków szkodliwych ze spalin 1. Odpylanie: • elektrofiltry, multicyklony, filtry tkaninowe. 2. Usuwanie gazów kwaśnych: • Metoda mokra – często wielostopniowa, prowadzona w kolejnych płuczkach, oddzielna absorpcja chlorowodoru i fluorowodoru, a następnie pozostałych gazów kwaśnych (przede wszystkim SO2), prowadzone w zawiesinie wodorotlenku lub węglanu wapniowego, • Metoda sucha – wprowadzenie wapna lub węglanu sodu w postaci proszku, • Metoda półsucha – wprowadzenie reagentów w formie roztworu wodnego. 3. Usuwanie dioksyn i furanów: • Adsorbcja na węglu lub koksie aktywnym prowadzona przez dozowanie adsorbera w proszku lub na złożu stałym. 4. Odazotowanie: • SNCR – selektywna redukcja niekatalityczna - wprowadzenie do komory spalania gazowego amoniaku, wody amoniakalnej bądź mocznika, • SCR – selektywna redukcja katalityczna – oczyszczone spaliny są mieszane z roztworem amoniaku kierowane są na monolityczne złoże katalityczne (katalizator platynowy lub wanadowo-tytanowy). Bilans dioksyn dla spalarni odpadów komunalnych o wydajności 200 000 Mg/rok: Nazwa Ilość przetwarzanych odpadów Zawartość dioksyn (TEQ) w niespalonych odpadach Wartość 200 000 Mg/rok 10 g/rok Zawartość dioksyn w gazach odlotowych poniżej 0,1 g/rok Zawartość dioksyn w pyle z elektrofiltrów 0,078 g/rok Zawartość dioksyn w żużlu: - emisja dioksyn z zeszklonym żużlem i popiołami - emisja dioksyn bez zeszkliwiania żużla i popiołów *Podręcznik gospodarki odpadami, teoria i praktyka. B.Bilitewski, G.Hardtle, K.Marek 4,8 g/rok poniżej 0,1 g/rok 4,8 g/rok Spalarnia to bezpieczne źródło ciepła i energii elektrycznej oraz najskuteczniejszy sposób utylizacji odpadów.